Текст книги "Подводные лодки"

Автор книги: Майкл ДиМеркурио

Соавторы: Майкл Бенсон
сообщить о нарушении

Текущая страница: 12 (всего у книги 25 страниц)

Глава 12
Вырабатываем энергию, часть 1

В этой главе

• Теория относительности.

• Нейтроны заставляют винт вращаться.

• Горячая и холодная стороны дела.

• Не такие уж безопасные тесты на безопасность.

В этой и следующей главах мы рассмотрим силовую установку подлодки. Силовой установкой называют все, что обычно находится в задней части подлодки и состоит из реактора, парового двигателя и цепи зубчатых передач.

Офицеров и рядовых моряков, которые контролируют работу реактора, называют атомщиками. И довольно часто вы можете обнаружить надпись «Атомщикам вход запрещён» в том месте, где спят офицеры сонарной комнаты.

Заметка: не все моряки в передней части подлодки являются офицерами сонарной комнаты. Офицеры торпедного отсека составляют особую «касту». Когда подлодка останавливается в порту, где моряков отпускают в увольнение, они как раз то, кто попадают в местную тюрьму и вынуждают американского посла высказывать своё недовольство капитану. Неприятные инциденты за границей возникают, в основном, когда офицеры торпедного отсека избивают местных байкеров. Если когда-нибудь встретитесь с одним из них, соглашайтесь со всем, что он говорит.

Офицеров сонарной комнаты также называют «обитателями носа подлодки» (они работают в носовой части подлодки). Вообще эти офицеры могут провести неделю на вахте и даже не вспотеть или не испачкаться. Поэтому им дали прозвище «сонарные девочки». Хотя моряки машинного отделения или торпедного отсека выполняют более тяжёлую в физическом отношении работу, судно не способно выполнить задание без «сонарных девочек». Но давайте быть честными – душ три раза в день и одеколон никак не ассоциируется с моряками реакторного отсека.

Но основное отличие сонарных девочек от моряков реакторного отсека состоит в том, что сонарные девочки считают, что вся подлодка выполняет роль объекта для поддержания жизни их гидрофонов или предназначена для того, чтобы доставить их «уши» в новые интересные места. А офицеры-атомщики знают правду – без них подлодка представляла бы собой мёртвую темную трубу без воздуха внутри, затонувшую на глубине. «Сонарные девочки», обитающие в кондиционированном помещении, зачастую относятся к потным атомщикам, как хозяин к своему дворецкому. Когда судно останавливается в порту и команда сходит на берег, атомщики отправляются в ближайший бар байкеров, а «сонарные девочки» идут в музей. (Всем бывшим «сонарным девочкам»: пожалуйста, не приходите ко мне домой отомстить. Вы меня там не застанете, потому что я буду в баре байкеров вместе с другими атомщиками.)

Мы рассмотрели устройство носовой части подлодки, Теперь обратимся к хвостовой части. Проверьте показания вашего дозиметра и проходите в «Диснейлэнд» через люк, расположенный в дальнем правом углу кают-компании. Вы попадаете в экранированный тоннель, ведущий в реакторный отсек.

Вот как всё это работает.

Е = mс ²

Альберт Эйнштейн доказал уравнение связи энергии и массы. До того как это уравнение было сформулировано, существовало два «священных» закона: закон сохранения массы, который гласит, что масса тела в замкнутой системе не изменяется. Другой – закон сохранения энергии: энергия, подобно массе, не может исчезнуть и появиться из ниоткуда.

Наш друг Эйнштейн изменил мир, утверждая, что масса может исчезнуть в процессе реакции и перейти в энергию. Константа «с» обозначает скорость света, очень большую величину, а с ²и вовсе гигантская цифра. Это означает, что очень малую массу можно превратить в большой сгусток энергии. Возьмём один атом урана U-235. Если вы направите медленный нейтрон к его ядру, то оно распадется на два меньших ядра плюс 2 или 3 нейтрона. Дело тут в том, что если вы взвесите ядро урана и нейтрон до реакции, а потом 3 нейтрона и малые ядра, получившиеся в результате взаимодействия, вы обнаружите, что начальная масса оказалась больше конечной.

Но куда же делась остальная масса? Она превратилась в 200 мегаэлектронвольт кинетической энергии или теплоты. Итак, уран просто превратил свою массу в энергию в активной зоне реактора. Звучит просто, но подождите, пока вы ничего не знаете об оборудовании, необходимом для осуществления этой «нехитрой» на первый взгляд операции.

Ядерный реактор

В реакторном отсеке находится сам реактор, представляющий собой огромный цилиндр из магниево-молибденового сплава со стенками 18 сантиметров толщиной. Дно его имеет форму полусферы, из корпуса выходят 4 трубы, которые соединяют реактор с системой трубопроводов. Реактор представляет собой ёмкость, которая может выдержать высокое внутреннее давление.

Проблема коррозии

Коррозия представляет большую опасность в случае ядерного реактора, потому что частицы оксида железа или ржавчины попадают в активную зону реактора и становятся чрезвычайно радиоактивными. Большим плюсом использования воды в качестве модератора и охлаждающей жидкости является тот факт, что вода не может стать радиоактивной.

Но частицы, плавающие в ней, могут стать радиоактивными. Это, например, продукты коррозии или куски подшипников насоса. Самым плохим считается попадание в воду кобальта-60, который имеет очень большой период полураспада (время, в течение которого определенное количество радиоактивных атомов распадается, так что останется примерно половина радиоактивных атомов).

Рождение crud

Как раз эти мелкие металлические частицы и стали причиной рождения слова crud – технический термин для фильтрованной охлаждающей жидкости реактора, который впервые применили в Клинч Ривере. Crud образуется в охлаждающей жидкости реактора и становится чрезвычайно радиоактивным, создавая опасность для жизни, даже находясь за пределами экранированного реакторного отсека. Crud собирается в изгибах труб, в том месте, где труба совершает поворот. Когда запускают основные охлаждающие насосы, происходит резкая перемена в движении потока воды внутри труб, которые становятся причиной «взрыва crud». После этого происходит резкий скачок уровня радиации.

Для предотвращения этого процесса была установлена система очистки охлаждающей жидкости для отфильтровывания crud и очистки воды в реакторе. Ионизирующая решетка сделает воду сверхчистой и очищенной от crud, сводя к минимуму уровень радиации в машинном отделении.

Плохо то, что теперь у вас есть огромные объемы радиоактивных частиц внутри очистного оборудования. Раньше подлодки сбрасывали эти отходы в море. Теперь объем выбросов строго контролируется. Подлодки заходят в док и сбрасывают отходы в специальные свинцовые резервуары. Отходы с высоким уровнем радиоактивности отправляют на склад отработанного топлива в Айдахо Фоллз.

Модератор: замедляем нейтроны

Модератор – вещество, которое замедляет активные быстрые нейтроны, образующиеся при распаде урана в результате молекулярных столкновений. Это похоже на замедление бильярдного шара при столкновении его с другим шаром. Когда нейтроны замедляются, они способны стать причиной ещё одного распада. При отсутствии модератора, быстрые нейтроны просто «вырывались» бы наружу из активной зоны реактора. Это одно из обстоятельств, отличающих реактор от атомной бомбы, – утечка нейтронов.

В реакторе число реакций контролируется с помощью замедления быстрых нейтронов после каждого распада. А в бомбе вещество, использующееся для распада, имеет настолько большую плотность, что утечка нейтронов сведена к минимуму. Реакция происходит и при наличии быстрых нейтронов. В этом случае реакция является неконтролируемой, происходит увеличение мощности, пока бомба не взрывается.

Иногда уровень радиоактивности в реакторе становится настолько высоким, что он может достичь критической массы и при наличии быстрых нейтронов. В этом случае реактор выходит из-под контроля. В течение нескольких секунд он ничем не отличается от атомной бомбы. Но вместо продолжительной ядерной реакции энергия разрывает реактор на куски – это можно назвать «быстрым критическим распадом». В результате радиоактивные частицы разлетаются по окрестностям, заражая этот район, но, скорее всего, мощности взрыва недостаточно для того, чтобы стереть с лица земли целый город – по крайней мере, в большинстве случаев.

Хотя теория вероятности и второй закон термодинамики «не позволят» реактору взорваться подобно бомбе, вероятность такого поворота событий существует.

Вода, которая циркулирует через реактор к паровым котлам, а затем к рециркуляционным насосам реактора, а потом снова в реактор, называется основным охладителем. Он «основной», потому что он циркулирует в радиоактивной петле, что в свою очередь является одной из составных частей ядерного реактора.

Он отличается от «вторичного» охладителя, которым является пар, вырабатываемый паровыми котлами, чтобы поддерживать низкий уровень радиоактивности в машинном отделении. Эта жидкость не совсем охладитель – она не охлаждает реактор, потому что её задачей является поддержание рабочей температуры на отметке 315 °C. Точнее было бы назвать эту жидкость «переносчиком тепла». Она отводит тепло от реактора для использования в паровых генераторах. Тем не менее, быстрее сказать «охладитель», чем «жидкость для отвода тепла».

В корпусе реактора имеются два впускных патрубка, через которые поступает вода. Затем холодная вода попадает во впускной пленум, чтобы поступающая вода равномерно распределялась по дну реактора. Поступающая вода относительно «холодная» (после того, как паровые котлы забрали энергию из воды, она становится относительно холодной: её температура около 238 °C, что ниже 260 °C – температуры выходящей из реактора воды).

По мере того, как вода проходит вдоль внутренней стенки, она забирает тепло, выработанное в результате реакции.

Ограничивающий компонент

Внутреннее покрытие стенок реактора является ограничивающим компонентом, потому что оно поглощает настолько много радиации, что его прочность снижается со временем. В то же время, результатом взаимодействия воды с цирконием является выделение водорода (вот почему проблемы в системе охлаждения становятся не только результатом парового, но и водородного взрыва). Наличие водорода вызывает ломкость металла.

Каждый раз, когда реактор разогревается или охлаждается, металл расширяется или сжимается. При повышении давления стенки реактора будут расширяться, а при понижении – сжиматься, что может привести к трещинам в металле.

Вдобавок ко всему, нужно осознать, что внутренняя поверхность реактора испытывает наибольшее давление. (Представьте себе ствол орудия: металл с внутренней стороны ствола испытывает на себе гораздо большие нагрузки, чем металл снаружи ствола).

Поэтому внутреннее покрытие в данном случае является ограничивающим фактором, когда вы разогреваете или охлаждаете реактор. Вы же не хотите, чтобы в стенках образовались трещины в результате усталости металла и чтобы стенки реактора разлетелись на сотни мелких кусочков, когда вы попытаетесь разогреть его.

Холодная вода поступает в пленум, представляющий собой циркониевую тарелку с тысячами мелких просверленных отверстий. Вы можете промывать в ней макароны, как в дуршлаге, жаль, что он радиоактивный. Эти отверстия направляют поток воды к топливным модулям.

Это очень важно, потому что если один топливный элемент испытывает недостаток в притоке воды, то он может перегреться и расплавиться. Отказ топливного элемента является причиной утечки радиоактивных продуктов распада на судне.

Вода на выходе из топливных элементов поднимается под действием давления рециркуляционных насосов реактора через топливные модули, которые представляют собой циркониевые трубки с циркониевыми пластинами внутри. Вокруг пластин есть проход, через который течет вода. Внутри топливных пластин находятся небольшие керамические шарики с ураном и другие керамические сферы с горючим ядом.

Вода течёт по проходам в топливных модулях. Во время распада в топливных модулях уран отдает тепло. Охлаждающая жидкость поглощает тепло. Если она перестанет двигаться по трубопроводам, топливные модули продолжают отдавать тепло, и вода начинает кипеть. Пар плохо поглощает тепло, поэтому цирконий начинает плавиться и «выпускать» уран и высокорадиоактивные продукты распада в окружающую среду.

Но если всё идет по плану, то вода покидает топливные элементы, собирается в ёмкости вместе с водой, выходящей из других топливных элементов, и смешивается в выходном пленуме. Затем она покидает реактор при температуре на 4,5 °C выше, чем на входе. Хотя это может показаться ерундой, но помните, что менее чем за секунду через топливные элементы проходит огромный объем воды. Попробуйте поднять температуру воды в целом бассейне на 4,5 °C за секунду – вам потребуется обогреватель размером с четырёхэтажный дом.

Уровень реакции в активной зоне реактора, от которого зависит его мощность и который измеряется количеством нейтронов в реакторе, в свою очередь, зависит от плотности охладителя/модератора (первичной воды) и длины контрольной тяги за пределами реактора.

Ломкий материал обладает высокой прочностью, но малой упругостью. Это значит, что он вообще не способен изменять свою внутреннюю структуру, не может вытягиваться или деформироваться. Такие свойства обуславливают возможное появление трещин, а там, где появляются трещины, металл может внезапно ослабеть.

Вы теперь знакомы с законами распространения тепловой энергии: в следующий раз, когда вы не сможете открутить металлическую крышку банки, подержите её под струей горячей воды, но оставьте саму банку сухой. Крышка легко открутилась, не правда ли? Вы только что применили закон распространения тепловой энергии: крышка стала больше по размеру под воздействием высокой температуры.

Вы уже знакомы с усталостью материала. Помните, как вы ставите мамину кофейную чашку в морозильную камеру, а потом наливаете в нее горячий кофе? Чашка разлетается на куски, не правда ли? Керамический материал, из которого сделана чашка, пытался расшириться изнутри, но снаружи он был по-прежнему замороженным и нерасширившимся. Внутренние трещины заставили чашку разлететься на куски. Реактор тоже может поступить таким образом, вот почему его разогревают очень медленно. После длительного нахождения в приостановленном состоянии, например, в доках, старт реактора может занять несколько часов при очень малом темпе разогрева.

Вещество, отравляющее продукты распада, это ядра, образующиеся в результате распада атомов урана и поглощающие нейтроны. Ксенон является одним из них. Образование ксенона крайне нежелательно, потому что он создает вакуум вокруг нейтронов, дающих реактору мощность. Иногда разработчики специально вводят эти вещества в активную зону реактора. Они временно поглощают нейтроны, понижая температуру внутри активной зоны реактора. По мере «старения» реактора горючие« яды» разлагаются, допуская большее число реакций. Но это ничего, потому что атомы урана тоже не бесконечны.

Неполадки в топливных элементах являются серьёзной, но не очень сложной в устранении проблемой. В этом случае происходит утечка продуктов распада (атомы, которые легче, чем исходные атомы урана, и обладают высокой степенью радиоактивности) из топливных пластин в охлаждающую жидкость. Охладитель и система трубопроводов становятся более радиоактивными. В результате может потребоваться дорогостоящий ремонт. Каждый день берутся пробы охлаждающей жидкости на уровень радиоактивности и состав продуктов распада, чтобы убедиться в отсутствии неполадок в топливных элементах.

Контрольные тяги

Контрольная тяга – это брусок (в ВМС США контрольные тяги в разрезе имеют крестообразную форму), который вводят в активную зону реактора при определенном уровне радиоактивности. Тяга изготовлена из материала, который представляет собой «чёрную дыру» для нейтронов и который останавливает ядерную реакцию, забирая нейтроны, участвующие в реакциях. В ВМС других стран тяги сделаны из бария. В Америке они изготовлены из лучшего материала – гафния. Оказывается, адмирал Риковер предвидел большой потенциал этого материала и обратил на него внимание рынка.

Контрольные тяги должны быть вынуты из активной зоны реактора сверху (а введены туда снизу или сбоку). Реакторы обычно используют силы тяготения, чтобы помочь тягам «упасть» внутрь активной зоны во время безопасного путешествия или приостановки реактора. Реактор, приостанавливаемый путем введения контрольных тяг снизу при помощи мотора, не может «отказать» и при этом остаться безопасным, потому что тяга просто останется снаружи. Реакторы ВМС США обладают механизмами, которые отказывают и остаются безопасными: для приостановки реактора мотор нарочно теряет мощность и ослабляет электромагниты, которые находятся сверху механизма, держащего тяги. При этом пружины открывают затворы механизма, и тяги – под действием силы тяжести и при помощи пружин – попадают внутрь активной зоны реактора, приостанавливая его.

Эти пружины называются «пружинами приостановки работы реактора», Они обладают очень высокой прочностью и большой длиной (не забудьте, что раньше около реактора находился специальный человек, который приостанавливал реактор, обрубая веревки, на которых держались контрольные тяги).

В школе подготовки моряков-атомщиков, если студент засыпает во время занятий, то инструктор бросает пружину приостановки работы реактора на его парту. Она производит столько шума, что студент одновременно пугается и смущается. После этого он раз и навсегда запоминает, что спать во время занятий нельзя. Это сложнее, чем может показаться на первый взгляд, потому что студенты заступают на вахту длиной 12 часов и они всегда очень усталые.

Он продолжает работать, работать и ещё раз работать…

Сколько миль может проработать реактор? Некоторые реакторы являются одноразовыми и могут служить до 70 лет. Топливо в реакторе не закончится, пока судно не утилизируют. Но большинство реакторов на подлодках ВМС США нужно «заправлять» топливом каждые 8–10 лет. Жизнь реактора измеряется в часах эффективной работы на полную мощность. Когда реактор только изготовлен, он находится в начале своей «карьеры». После того, как он проработал 10–15 лет в напряженном режиме, он считается «пожилым».

Например, реактор рассчитан на 12 000 часов эффективной работы на полную мощность, это означает, что он может проработать на 100 % мощности в течение 12 000 часов или на 50 % мощности в течение 24 000 часов или на 25 % мощности в течение 48 000 часов. Уровень мощности реактора замеряется каждые 10 минут, в том числе для того, чтобы рассчитать оставшийся рабочий ресурс. Для сведения, во время 50-дневного патрулирования вы можете израсходовать лишь 300 часов. Атомная подлодка редко расходует более 500–700 часов в год.

В приведённом выше примере реактор проработает 17 лет. Потребление такое низкое, потому что обычно во время патрулирования подлодки используют реактор на 25 %, когда они просто курсируют по морю, наблюдая за обстановкой в районе и «слушая» подлодки противника. Единственный случай, когда реактор используется на 50 % мощности, это когда подлодка быстро выходит из порта, чтобы передислоцироваться в другой район, обещающий более крупную «добычу».

«Пожилые» реакторы

Такие реакторы могут доставлять проблемы в тактической ситуации. Представьте себе, что двигатель автомобиля скорой помощи отказал в экстренной ситуации. Таким же образом «пожилой» реактор может не запуститься из-за наличия ксенона.

Его образование не предвещает ничего хорошего, потому что он единственный из всех продуктов распада урана поглощает нейтроны, которые нужны для того, чтобы реакция продолжалась. Кроме всего прочего, это ещё и газ. Когда уран распадается и образуется ксенон, природа этого газа заставляет топливные элементы образовывать наросты. Иногда они могут создавать помехи движению воды и становиться причиной локального расплавления топлива или отказа топливного элемента, что повышает уровень радиоактивности на борту подлодки.

Хорошая новость: при большой мощности ксенон «сгорает» под действием нейтронов и разлагается на безобидные элементы. Плохая новость для «пожилого» реактора: когда реактор приостановлен, высокий уровень ксенона не дает запустить его снова, потому что число реакций недостаточно для того, чтобы «сжечь» ксенон. Реактор может работать нормально, когда вы находитесь на пути в порт, даже может выдавать 100 % мощности, но потом команда приостанавливает его работу и переводит в режим «горячего ожидания». Через 10 часов поступает приказ об экстренном развертывании и преследовании противника от Главнокомандующего подлодками Атлантического флота.

Ничего у нас не выйдет: ксенон препятствует запуску реактора, Вы можете пытаться, но все, что вы сможете сделать, это поднять контрольные тяги из реактора, а уровень мощности останется в промежуточном режиме и не войдет в рабочий режим. Это похоже на двигатель, который тарахтит, но не заводится. Но подождите 24 часа, пока ксенон разложится сам собой, и реактор запустится с пол-оборота.

Так как уровень ксенона после приостановки работы реактора зависит от уровня мощности реактора до приостановки, то с «пожилыми» реакторами стараются обращаться аккуратно и поддерживать мощность на низком уровне за сутки до приостановки, даже если он будет использован на 18 % в течение 20 часов нахождения. В этом случае моряки-атомщики остаются в заднем отсеке подлодки и потеют, добавляя пара в систему, тогда как вымывшиеся «сонарные девочки» спускаются на пирс и отправляются за покупками.

Главнокомандующий подлодками Атлантического флота – адмирал флота и командующий подводным флотом восточного побережья. Подлодки докладывают адмиралу или командующему эскадрой в порту, но в море судно докладывает непосредственно Главнокомандующему подлодками Атлантического флота. Когда подлодка приписана к какому-либо боевому подразделению, она выходит из-под его командования и поступает в распоряжение командующего подразделением.

Горячий режим ожидания

Это состояние приостановленного реактора (все контрольные тяги на дне реактора, приводы тяг разблокированы, предохранители инвертора удалены и заблокированы). Один из основных насосов системы охлаждения включен, остальные выключены, а паровые генераторы доверху заполнены водой.

Температура охлаждающей жидкости реактора понизилась до 176,5–204,5 °C и реактор «впадает в спячку». Мощность реактора снижается до промежуточного режима (10–3 в минуту), потом он медленно входит в стартовый режим, а затем доходит до очень низкого «нейтронного» уровня. Горячий режим ожидания используется для приостановки реактора на несколько недель. В этом состоянии его легко снова запустить (за несколько часов или быстрее) в отличие от того, когда реактор подвергся холодной мокрой приостановке.

Холодная мокрая приостановка реактора

Это состояние, в котором находится приостановленный реактор, охлажденный до комнатной температуры (38 °C), необходимо, чтобы можно было произвести ремонтные работы. Реактор приводится в это состояние, когда подлодка заходит в док. Чтобы запустить реактор, вам может потребоваться много времени (20–30 часов), потому что активную зону реактора нужно разогревать медленно во избежание появления трещин. Трещины стенок реактора могут возникать, скорее, вследствие быстрого охлаждения из-за разрушения материала температурной волной. Это может случиться, когда температура достигнет примерно 176 °C, при более низкой температуре стенки реактора перестают быть упругими, они становятся ломкими.

Мы узнали о переходе материала из упругого состояние в ломкое во время Второй мировой войны, когда мы построили все эти суда Освобождения. Они имели тенденцию раскалываться пополам во время нахождения в холодной воде. Другой пример: когда вы используете блокиратор на руле вашего автомобиля, его легко сломать, если вор распылит на него жидкость при низкой температуре. Когда температура падает до –17 °C, металл легко разрушается от несильного удара по нему молотком, потому что он переходит из упругого состояния в ломкое.

Петли охлаждения

В реакторе есть две петли охлаждения, или два круга трубопроводов, которые идут от реактора (температура выходящей жидкости высока – 260 °C) к паровым генераторам (паровым котлам), дальше к рециркуляционным насосам реактора, а оттуда к входу в реактор.

Более опытные атомщики называют рециркуляционные насосы реактора ещё основными охлаждающими насосами. Они качают воду через реактор и паровые котлы. Для этого требуются тысячи лошадиных сил. Основной охлаждающий насос по размеру можно сравнить с тремя холодильниками, это самый большой электрический прибор на судне. Вот почему очень тяжело запустить реактор от аккумуляторов – основные охлаждающие насосы высосут всю энергию из аккумуляторов за очень короткое время.

С ростом мощности реактора насосы нужно переключать на более высокую скорость, чтобы обеспечить больший приток жидкости к реактору. До 50 % мощности насосы работают довольно тихо, но если из центра управления поступил приказ «полный вперёд», то насосы нужно переключать на высокую скорость.

Некоторые насосы могут работать на пониженной частоте, замедляясь до очень медленного темпа. Это очень помогает во время выслеживания противника при помощи сонара, потому что при этом снижается общий уровень шума подлодки.

Когда мы обсуждали сонарные сигналы, мы не упомянули, что самые большие проблемы при попытке сделать подлодку тише доставляют именно основные охлаждающие насосы.

В каждой петле имеется 3 насоса, всего их 6. Четыре работают постоянно. Когда насосы работают на малой скорости, то в каждой петле задействовано по два насоса, Иногда всего один насос может работать в каждой петле, например, во время запуска реактора. В это время мощность реактора строго ограничена, и необходимо запустить турбинный генератор, чтобы можно было запустить второй насос в каждой петле.

Разработка основных охлаждающих насосов была очень проблематичной, потому что, в отличие от русских систем, адмирал Риковер потребовал, чтобы они были спроектированы таким образом, чтобы исключить течь. На большинстве насосов установлены водяные замки, которые позволяют вращаться валу с водяным колесом. Но водяные замки не могут удержать всю воду, сочащуюся при повороте металлического вала. Существующий на тот момент насос работал так, что просочившаяся основная охлаждающая жидкость собиралась в поддонных полостях реакторного отсека, что могло приводить к очень высокому уровню радиоактивности в отсеке. Риковер потребовал от своих инженеров полностью закрытый, законсервированный насос, который будет использовать основную охлаждающую жидкость для того, чтобы она циркулировала вокруг мотора. Конечно же, Риковеру сказали, что это невозможно. Адмирал обладал взрывным темпераментом и заставил своих инженеров работать ночами и в выходные дни, пока они не совершили невозможное и не создали американский насос охладительной системы, который остается инженерным триумфом и по сей день.

Поддонные полости – неиспользуемое пространство под килем судна, где собирается вода, вытекшая из водной системы. Это пространство очищается от воды сливной системой и откачивающим насосом. Если этот насос даёт сбой, то через некоторое время (недели или месяцы) судно будет полностью затоплено водой, просочившейся из трубопроводов. Насос, используемый для распределения воды между ёмкостями переменного балласта, заменяет откачивающий насос в случае его отказа.

Природная циркуляция

В её основе лежит принцип; теплая вода поднимается, а холодная вода опускается. Поэтому вода течет вверх через активную зону реактора благодаря плавучести горячей воды, проходит сквозь паровые котлы и заканчивает свой путь в нижней части активной зоны реактора, имея низкую температуру.

Для того чтобы заставить воду течь вниз через паровые котлы (вам нужно положить их на бок) и затем через насосы, потребуется сложная инженерная конструкция. Но благодаря природной циркуляции при низкой мощности, менее 35 %, вам вообще не нужны насосы основной охлаждающей системы. Вспомните о снижении шума, производимого вашим судном! Это одна из причин, почему подлодки классов «Огайо» и «Сивулф» остаются такими тихими.

Экстренное охлаждение

Система экстренного охлаждения использует тот же принцип. Если активную зону не удается охладить при помощи охлаждающей жидкости во время приостановки работы реактора, то используют экстренную систему охлаждения. Она забирает тепло от распада (около 8 % полной мощности), которое иначе расплавит топливо.

Вот как она работает; к одному из выпускных отверстий системы охлаждения реактора присоединён трубопровод, который идёт к ёмкости теплообменника на такой же высоте, как и активная зона реактора. Трубопровод соединён с несколькими трубами внутри теплообменника. Внутри ёмкости находится морская вода. Теплообменник обладает большой прочностью, чтобы выдержать давление воды. Холодная морская вода забирает тепло горячей охлаждающей жидкости в трубах теплообменника. Поэтому вода в нижней части труб намного холоднее, чем охлаждающая жидкость, входящая в трубы. Охлажденная основная жидкость опускается вниз и втекает в активную зону реактора через входное отверстие корпуса реактора. Охлаждающая жидкость охлаждает активную зону реактора, сама нагревается и поэтому поднимается вверх и вытекает из теплообменника, отдавая тепло, забранное от реактора, морской воде и в окружающую среду.

Подобным же образом устроен теплообменник экстренной системы охлаждения: горячая вода из ёмкости поднимается вверх и вытекает из теплообменника через клапан в его корпусе. Морская вода в ёмкость поступает через клапан в дне теплообменника. Горячая вода поднимается и создает всасывающий эффект, и холодная вода поступает внутрь через клапан.

На первый взгляд всё кажется очень простым и удобным, но это устройство может представлять смертельную опасность. Если вода, поступающая в активную зону реактора из системы экстренного охлаждения, будет иметь очень низкую температуру, то она может стать причиной не только разрушения реактора, но и неконтролируемой ядерной реакции (см. Главу 6). Поэтому руководство ВМС настаивало на установке в системе изоляционных клапанов, чтобы активировать её только при необходимости. Кроме того, ёмкость экстренной системы является и частью системы подачи морской воды – что если произойдет затопление на тестовой глубине в недоступном реакторном отсеке? Безопаснее будет закрыть клапаны системы подачи морской воды, когда судно находится под водой, чтобы предотвратить возможность затопления от треснувшего теплообменника экстренной системы охлаждения.